一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法及装置。所述方法包括：利用矩张量弹性波动方程正演方法，构建三维弹性波动方程的交错差分格式；在所述三维弹性波动方程的交错差分格式中，输入目标区域的速度模型，获得所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程；利用矩张量的震源理论，在所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程中加载目标地震震源，进行地震数据的波场模拟。利用本申请中各实施例，实现了不同介质、不同震源的波场模拟，提高了地震数据处理的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法及装置
本申请属于石油物理勘探
，尤其涉及一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法及装置。
技术介绍
地震数据处理的重要目的之一是通过对野外地震采集的数据做各种处理后提高数据的信噪比、分辨率，以便于地震数据的后期解释。可以通过对地震数据进行波场模拟，获得地震波的波场，可以为裂缝的描述及特征提供理论依据，为后续的震源类型快速识别、裂缝预测及解释奠定基础。现有技术中，地震数据的波场模拟主要分为两类：解析解数值模拟和数值解数值模拟。但是现有技术中的地震数据处理方法，适应性较差，不能满足多种震源、复杂介质的波场模拟，影响地震数据处理的准确性。因此，业内亟需一种适应性较强，进一步提高地震数据处理的准确性的实施方案。
技术实现思路
本申请目的在于提供一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法及装置，提出了一种地震数据正演方法，适用于不同介质、不同震源的波场模拟，提高了地震数据处理的准确性。一方面本申请提供了一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法，包括：利用矩张量弹性波动方程正演方法，构建三维弹性波动方程的交错差分格式；在所述三维弹性波动方程的交错差分格式中，输入目标区域的速度模型，获得所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程；利用矩张量的震源理论，在所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程中加载目标地震震源，进行地震数据的波场模拟。另一方面，本申请提供了一种基于矩张量的多种震源波场模拟装置，包括：波动方程差分模块，用于利用矩张量弹性波动方程正演技术，构建三维弹性波动方程的交错差分格式；速度模型构建模块，用于在所述三维弹性波动方程的交错差分格式中，输入目标区域的速度模型，获得所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程；波场模拟模块，用于利用矩张量的震源理论，在所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程中加载目标地震震源，进行地震数据的波场模拟。再一方面，本申请还提供了一种基于矩张量的多种震源波场模拟系统，包括：处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述基于矩张量的多种震源波场模拟方法。本申请提供的基于矩张量的多种震源波场模拟方法及装置，将基于矩张量弹性波动方程理论和微地震震源理论的仿真技术引入微地震监测领域，利用矩张量弹性波动方程震源仿真技术，描述不同震源的应力、速度特征，并将不同震源加载到构建出的三维弹性波场模拟方程中。能够适应不同的复杂介质、不同震源的正演模拟，符合微地震正演仿真的需求。提高了微地震数据波场模拟的适应性以及微地震数据处理的准确性，为后续微地震资料处理与解释、油气开发方案的设计提供了准确的理论基础。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请提供的基于矩张量的多种震源波场模拟方法一个实施例的方法流程示意图；图2(a)-图2(d)是本申请一个实施例中三类震源在相同介质中极化角度与入射角之间的关系曲线示意图；图3(a)-图3(c)是本申请一个实施例中相同震源在不同介质中的极化角度与入射角之间的关系曲线示意图；图4是本申请一个实施例中震源的力偶关系示意图；图5(a)-图5(c)是本申请一个实施例中三种类型的震源的交错网格有限差分格式的示意图；图6(a)-图6(b)是本申请一个实施例中均匀介质中ISO型震源格林函数模拟与弹性波矩张量模拟对比示意图；图7(a)-图7(c)是本申请一个实施例中均匀介质中三种震源的波场模拟三分量记录示意图；图8(a)-图8(c)是本申请一个实施例中VTI介质中三种震源的波场模拟三分量记录示意图；图9(a)-图9(c)是本申请一个实施例中均匀介质中的三种震源的波场示意图；图10(a)-图10(c)是本申请一个实施例中VTI介质中的三种震源的波场示意图；图11(a)-图11(c)是本申请一个实施例中HTI介质中的三种震源的波场示意图；图12(a)-图12(c)是本申请一个实施例中正交介质中的三种震源的波场示意图；图13是本申请实施例提供的基于矩张量的多种震源波场模拟装置的模块结构示意图；图14是本申请提供的一种基于矩张量的多种震源波场模拟系统实施例的模块结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。微地震监测可以指监测通过在建筑、土木工程、水力压裂、储层改造等生产过程中，由于地下应力场变化引起岩石破裂产生的地震波，对裂纹进行成像解释，从而对地层变化和储层改造进行监测描述的方法。震源机制可以表示地震震源处地球介质的运动方式，震源机制研究的内容可以包括：确定地震断层面的方位和岩体的错动方向，研究震源处岩体的破裂和运动特征，以及这些特征和震源所辐射的地震波之间的关系。地震矩张量是二十世纪七十年代Gilbert提出的对于地震点源等效体力的完整描述，是一个二阶对称张量，可以包含六个相互独立的且一般不为零的分量，包含了一个震源的强度、方向、倾角及走向的信息。微地震监测技术已快速发展成为一种油气储层监测技术，是监测水力压裂效果的一个有效途径。微地震矩张量是表达微地震事件震源机制的主要方式，本申请实施例可以通过震源机制矩张量的表示方法进行波场模拟，可以为裂缝的描述及特征提供理论依据，为后续的震源类型快速识别、裂缝预测及解释奠定基础。常规石油地震勘探中，目前最常用的对地震数据进行正演模拟方法是基于声波方程或弹性波方程的有限差分方法。但其震源类型一般为爆炸震源，震源位置和强度都是已知的。这与微地震正演模拟恰恰相反。微地震事件发生在地下介质中，一般伴随断层发生，所产生的应力是非均匀，因此包含均匀的爆炸震源分量及非均匀的剪切震源分量和补偿线性矢量偶极分量，导致常规的正演模拟无法满足实际情况。本申请实施例中，利用三维弹性波动方程正演理论和微地震震源理论来模拟微地震三分量波场。使矩张量理论与弹性波方程有机的结合在一起，并用交错网格有限差分数值模拟方法对多种震源在多种介质中的三维波场进行了模拟，并对相应的波场进行了分析。为裂缝的描述及特征提供理论依据，为地质结构特征的解释以及油气开发方案的设计奠定了理论基础。具体地，图1是本申请提供的基于矩张量的多种震源波场模拟方法一个实施例的方法流程示意图，本申请提供的基于矩张量的多种震源波场模拟方法包括：S1、利用矩张量弹性波动方程正演方法，构建三维弹性波动方程的交错差分格式。本申请一个实施例中可以将矩张量与三维弹性波动方程正演方法进行结合，构建出地震数据波场模拟的三维弹性波动方程的交错差分格式。三维弹性波动方程正演方法可以理解为对三维弹性波动方程进行正演模拟，以研究地震波在地质中的传播情况。三维弹性波动方程的交错差分格式可以采用2L阶空间差分精度，二阶时间精度差分格式。三维弹性波动方程可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法，其特征在于，包括：利用矩张量弹性波动方程正演方法，构建三维弹性波动方程的交错差分格式；在所述三维弹性波动方程的交错差分格式中，输入目标区域的速度模型，获得所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程；利用矩张量的震源理论，在所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程中加载目标地震震源，进行地震数据的波场模拟。

【技术特征摘要】
1.一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法，其特征在于，包括：利用矩张量弹性波动方程正演方法，构建三维弹性波动方程的交错差分格式；在所述三维弹性波动方程的交错差分格式中，输入目标区域的速度模型，获得所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程；利用矩张量的震源理论，在所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程中加载目标地震震源，进行地震数据的波场模拟。2.如权利要求1所述的一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法，其特征在于，构建的所述三维弹性波动方程的交错差分格式包括：上式中，表示应力σxx在n+1步时网格点(i,j,k)的值，表示应力σxx在n步时网格点(i,j,k)的值，表示速度vx在n+1/2步时网格点(i+1/2,j,k)的值，表示速度vx在n+1/2步时网格点(i-1/2,j,k)的值，表示速度vy在n+1/2步时网格点(i,j+1/2,k)的值，表示速度vy在n+1/2步时网格点(i,j-1/2,k)的值，表示速度vz在n+1/2步时网格点(i,j,k+1/2)的值，表示速度vz在n+1/2步时网格点(i,j,k-1/2)的值，表示速度vx在n-1/2步时网格点(i+1/2,j,k)的值，c11(i,j,k)表示刚度张量c11在网格点(i,j,k)的值，c12(i,j,k)表示刚度张量c12在网格点(i,j,k)的值，c13(i,j,k)表示刚度张量c13在网格点(i,j,k)的值，c14(i,j,k)表示刚度张量c14在网格点(i,j,k)的值，c15(i,j,k)表示刚度张量c15在网格点(i,j,k)的值，c16(i,j,k)表示刚度张量c16在网格点(i,j,k)的值，ρ(i+1,j,k)表示ρ在网格点(i,j,k)的值，表示应力σxx在n步时网格点(i,j,k)的值，表示应力σxy在n步时网格点(i+1/2,j+1/2,k)的值，表示应力σxy在n步时网格点(i+1/2,j,k+1/2)的值。3.如权利要求1所述的一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法，其特征在于，所述输入目标区域的速度模型，获得所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程，包括：采用完全匹配层吸收边界条件构建所述速度模型的边界方程；根据所述边界方程和所述三维弹性波动方程的交错差分格式，获得所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程。4.如权利要求1所述的一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法，其特征在于，所述利用矩张量的震源理论，在所述目标区域的三维弹性波场模拟差分方程中加载目标地震震源，包括：获取目标区域的震源类型、以及极化角度与入射角之间的关系；根据所述震源类型、所述极化角度与入射角之间的关系，获取目标地震震源，所述目标地震震源包括：各向同性震源、双力偶型震源、补偿线性矢量偶极震源；将所述目标地震震源加载到所述三维弹性波场模拟差分方程的速度场。5.如权利要求4所述的一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法，其特征在于，所述将所述目标地震震源加载到所述三维弹性波场模拟差分方程的速度场，包括：若所述目标地震震源为各向同性震源，则将加载到所述三维弹性波场模拟差分方程的速度场；若所述目标地震震源是双力偶型震源，则将加载到所述三维弹性波场模拟差分方程的速度场；若所述目标地震震源是补偿线性矢量偶极震源，则将加载到所述三维弹性波场模拟差分方程的速度场；上式中，表示为速度场Vx分量在n+1/2步时网格点(i+1/2,j,k)的变化量；f(dt·n)为子波在dt·n时刻的振幅值；表示速度场Vx分量在网格点(i-1/2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王润秋，江勇勇，李会俭，陈筱青，郝学兵，李雨亭，崔雪鹏，任立伟，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11